1. Büyüme hormonu (BH)
2. Büyüme hormonu salgılatıcı hormon (GHRH) 3. Ghrelin
4. İnsüline benzer büyüme faktörleri (IGF’ler) 5. IGF Reseptörleri (IGF-R)
6. İnsüline benzer büyüme faktörü bağlayıcı proteinler (IGFBP’ler) 7. IGFBP Proteazlar
8. IGFBP Benzeri proteinler (IGFBP-rP’ler) 9. Diğer büyüme düzenleyici peptidler
Bu bölümde BH, GHRH, IGF ve IGFBP’ler hakkında genel bilgiler verilecektir.
2.3.1. Büyüme Hormonu
a. Fizyolojisi
Büyüme hormonu postnatal büyümeyi kontrol eden en önemli hormondur. İnsan BH 191 aminoasitten oluşan 22 kd moleküler ağırlıklı tek zincirli ve peptid hormondur. Ön hipofizin somatotrop hücrelerinde sentez edilir.Yapısal ve fonksiyonel olarak prolaktin ve somatomamotropine benzer. Kodlayıcı gen 17. kromozomun uzun kolunda lokalize olan 5 genden oluşan büyüme hormonu gen kompleksinin bir üyesidir (41).
Büyüme hormonu salınımı primer olarak hipotalamustan salgılanan biri uyarıcı diğeri baskılayıcı iki peptid tarafından düzenlenir; GHRH ve somatostatin. GHRH, BH’nın hem sentezini hem de sekresyonunu GHRH reseptörleri üzerinden uyarır. Somatostatin, bazal ve uyarılmış BH salgısını baskılar, sentez üzerine etkisi olmadığı düşünülmektedir. Bunların yanı sıra hipotalamus ya da daha üst seviyelerden salgılanan başka pek çok nöropeptid ve nörotransmitterin de hipotalamo-hipofizer aks ve büyüme hormonu salınımını etkilediği gösterilmiştir. BH gün boyunca pulsatil tarzda salgılanır. Pulse’lar düzensizdir ve uyku döneminde sıklığı artar. GHRH, BH piklerinin şiddetini, somatostatin ise zamanlamasını düzenler. BH salınımını etkileyen bir diğer hormon da tiroid hormonudur (41).
Büyüme hormonunun büyük kısmı plazmada taşıyıcı proteinlere bağlanmış olarak dolaşır. Büyüme hormonu reseptörünün ekstraselüler parçası olan bu proteine BH bağlayıcı protein (GHBP) denir. BH bu reseptöre bağlanır ve hücre içi etkileşim kaskadını başlatır. Önce BH reseptörü dimerize olur, spesifik kinazları aktive eder, JAK-2 uyarılır, STAT’ı (Signal Transducers and Activators of Transcription) aktive eder ve gen ekspresyonunun, metabolik ve büyümeyi düzenleyici molekülleri üretme işlemini gerçekleştirir (42).
b. Büyüme Hormonunun Etkileri
1957’de Salmon ve Daughaday (43) BH’nın büyümeyi uyarıcı etkisinin direkt olmadığını, serumda bulunan BH’ya bağlı başka faktörler aracılığı ile gerçekleştiğini ileri sürdüler. Bugün artık sözü edilen bu faktörlerin IGF-1 ve IGF-2 ya da diğer adıyla somatomedinler olduğu bilinmektedir. Bu faktörlerin diğer peptid hormonlardan ayırıcı özelliği, dolaşımda bağlayıcı proteinlere bağlı bulunmalarıdır. Bu bağlayıcı proteinlerden IGFBP-3 dolaşımdaki ana bağlayıcı proteindir.
BH’nun canlıdaki etkileri doğrudan ve dolaylı olmak üzere iki grupta incelenmektedir. Doğrudan etkileri karbonhidrat ve yağ metabolizması üzerindeki
etkileridir; kortizole sinerjistik, insülin ve somatomedinlere antagonist etki gösterir. BH’nın dolaylı etkisi ise anaboliktir; protein sentezini ve hücre proliferasyonunu uyarır. Bunu somatomedinler aracılığı ile yapar. En çarpıcı etkisini kemik ve kıkırdakta gösterir. Kıkırdak dokuda lineer büyümeyi hızlandırır, buna karşılık epifizlerde maturasyonun ilerlemesine ve erken kapanmaya yol açmaz.
BH’nın dolaylı etkilerini somatomedinler aracılığı ile gerçekleştirdiği hipotezi, hipofizektomi yapılan sıçanlarda IGF-1 ve IGF-2’nin BH’nın büyümeyi uyarıcı etkisini taklit ettiği gösterilerek kanıtlanmıştır. Bununla beraber somatomedinlerin BH salınımının düzenlenmesinde klasik negatif feedback yaptığı ortaya konmuştur. Bu etki iki yolla oluşur: IGF-1 hipotalamusta somatostatin üretimini uyarır; ayrıca hipofiz hücre kültürlerinde GHRH’ya bağlı BH salınımını doğrudan inhibe eder. IGF-1, aynı zamanda GHRH’ya bağlı gelişen BH mRNA ekspresyonunu da inhibe eder (41).
Başlangıçta BH’nın somatik büyüme üzerindeki etkilerini karaciğerde somatomedin yapımını uyararak gösterdiği düşünülmekteydi. Fakat artık somatomedinlerin pek çok dokuda lokal olarak üretildiği ve etkilerini parakrin ve otokrin mekanizmalarla gösterdiği bilinmektedir.
Green ve ark. (44) tarafından öne sürülen teoride ise BH ve somatomedinlerin hedef organlarda birlikte etki ettiği ileri sürülmektedir. “Dual effector model” adı verilen bu teoriye göre BH hem lokal somatomedin yapımını hem de kondrositlerin prekürsör hücrelerinde diferansiyasyonu uyarır; somatomedinler de diferansiye hücreleri etkileyerek klonal büyümeyi uyarırlar.
2.3.2. İnsüline benzer büyüme faktörleri (IGF’ler)
a. Tarihi geçmişi
İnsüline benzer büyüme faktörleri (veya somatomedinler) büyüme hormonu bağımlı bir grup peptid tarafından oluşturulup, büyüme hormonunun birçok anabolik ve mitojenik aktivitesine aracılık etmektedir. İlk kez 1957 yılında ratların kıkırdağına sülfatın çökmesini uyardığı yönünde bir makalede (43) tanımlanan faktörlerin geçen yıllar içinde araştırıldıkça değişik metabolik etkilerinin olduğu belirlenmiştir.
b. IGF Yapısı ve Moleküler Biyolojisi
IGF-1 70 aminoasitten oluşan ana peptid olup SM-C ile koreledir. IGF-2 ise 67 aminoasitten oluşan hafif asidik bir peptiddir. Her iki peptid de aminoasit yapısı itibariyle
insülinle % 50 homoloji göstermektedir (45-47). İnsüline benzer şekilde her iki IGF birbirine disülfid bağıyla bağlı A ve B zincirleri içermektedir. Diğer taraftan C-peptid bölgesi IGF-1’e 12, IGF-2’ye 8 aminoasit uzaklıkta olup bu bölge proinsülindeki C-peptid ile homolog değildir. Ayrıca karboksi terminalindeki farklılıklar da IGF-1 ve 2’yi proinsülinden ayırmaktadır. IGF’lerin insülin reseptörüne, insülinin de IGF-1 resptörüne bağlanma yeteneği yapısal homoloji ile açıklanabilmektedir. Öte yandan insülinin IGF bağlayıcı proteinlere bağlanamaması da yapısal farklılıklara bağlanmaktadır.
c. IGF Etki Mekanizması
Büyüme hormonu karaciğerde ve diğer hedef hücrelerde (kemik gibi) somatomedin yapımını tetikler. IGF’ler plazmada IGF bağlayıcı proteinler (IGFBP’ler) denilen bir protein ailesine bağlı olarak dolaşırlar. IGF’lerin çoğu IGFBP-3’e bağlanır.‘Acid-labile subunit’(ALS) denilen üçüncü bir protein ile birlikte serumda üçlü bir kompleks oluştururlar. IGF’ler, özellikle IGF-1, büyüme kıkırdağı gibi hedef organları etkileyerek büyümeyi tetikler. Hipofizde feedback etki göstererek BH salgısını baskılar. IGF’ler ve bağlayıcı proteinleri (IGFBP ve ALS) BH eksikliğinde azalır ve fazlalığında artarlar. Ancak büyüme hormonunun tüm anabolik etkisinin IGF’ler aracılığı ile olmadığı insanda IGF tedavisi ile de görülmüştür (17).
IGF’ler hücre büyümesi ve metabolizması için gerekli, önemli metabolik ve mitojenik faktörlerdir. Karaciğerde, kemik hücrelerinde ve diğer dokularda bulunur, genellikle BH kontrolü altındadırlar. Dolaşımdaki IGF’ler somatik büyüme ile birçok doku ve hücre grubunun çoğalması için direkt endokrin etki gösterirler. Bu etkileri hem invivo hem de invitro geçerlidir. IGF’lerin hücre çoğalmasında etkili önemli otokrin ve parakrin etkilerinin olduğu düşünülmektedir. Serumdaki IGF’lerin % 80’i karaciğerde yapılmaktadır. Bu karaciğerin IGF’nin önemli etki alanlarından biri olduğunu gösterir.
d. IGF Peptitlerin Serum Düzeyleri
İnsan fetal serumunda IGF-1 düzeyleri göreceli olarak düşüktür ve gestasyonel yaşla pozitif korelasyon gösterir (48,49). Fetal kordon serumundaki IGF-1 düzeyi ile doğum ağırlığı arasında korelasyon kuran bazı gruplar (48-50) olduğu gibi aksini iddia edenler de vardır (51). Yenidoğandaki IGF-1 düzeyleri genellikle erişkin düzeyinin % 30- 50’si kadardır. Çocukluk dönemi süresince serum konsantrasyonu yavaş, kademeli bir yükseliş gösterir ve cinsel olgunlaşmanın başlangıcında erişkin seviyeye ulaşır (52). Başka bir yayına göre IGF-1 düzeyi ergenlik süresince erişkin düzeyinin iki-üç katıdır. Bu
nedenle adölesandaki serum düzeyleri kronolojik yaştan ziyade Tanner evresi veya kemik yaşı ile daha iyi korelasyon göstermektedir. Puberte döneminde seks steroidlerinin yükselişinin öncelikle BH sekresyonunu arttırarak IGF-1 üretimini indirekt olarak uyardığı tahmin edilmektedir. Adölesan döneminden sonra, 20-30 yaşından sonra IGF-1 düzeyi kademeli olarak düşüş gösterir (53,54). Bu düşüşün negatif nitrojen dengesi, kas kitlesinde azalma ve osteoporozdan sorunlu olduğu düşünülmektedir (53). Beş yaş altındaki çocuklarda IGF-1 düzeyi çok düşük olabilir bu yüzden normal aralıklar ile BH eksikliği olan çocuklardaki değerler birbirine yakın olabilir.
2.3.3. İnsüline Benzer Büyüme Faktörü Bağlayıcı Proteinler (IGFBP’ler)
IGF’lere büyük afinite gösteren önemli bir grup proteindir ve IGF’lerin hücre üzerindeki proliferatif ve mitojenik etkilerinin modülasyonunu sağlarlar. Bu moleküller serbest IGF’lerin IGF reseptörü ile etkileşimini sağlar ve direkt olarak hücre fonksiyonunu etkilerler.
İnsan IGFBP ailesi 6 proteinden oluşur. IGFBP 1 25 kDA büyüklüğünde olup karaciğer hücrelerinden salgılanır ve amniyotik sıvıda büyük miktarda bulunur. IGFBP 2 molekül ağırlığı 31 kDA’dır, serumda serebrospinal sıvıda, seminal plazmada bulunur. Birçok hücre tarafından salgılanır, fötal ve erişkin birçok dokuda bulunur. IGFBP 3 ise postnatal yaşamda en önemli bağlayıcı proteindir. Serumda bulunur, başta hepatositler olmak üzere birçok hücre tarafından sentezlenir. Plazmada 150 kDA’lık bir kompleks olarak bulunur. Bu komplekste ALS ve IGF molekülü de vardır ki hepsi de büyüme hormonuna bağımlıdır. IGFBP 4 24 kDA’lık bir proteindir, serumda ve seminal plazmada bulunur. IGFBP 5 serebrospinal sıvıda ve az miktarda serumda bulunur. Hızlı büyüyen fötal dokularda gösterilmiştir. IGFBP 6 serebrospinal sıvıda bulunur ve transformasyona uğramış fibroblastlar tarafından üretilir.
IGFBP’ler IGF’ler ve reseptörleri arasında üç mükemmel etkileşim söz konusudur. Birinci mekanizma IGFBP’lerin serbest IGF’ler ile IGF reseptörleri arasındaki etkileşimi regüle etmesidir. IGFBP’ler fazla olduğunda IGF etkisini baskılayıcı etki göstermektedir. Ayrıca bazı trofik hormonların, kendi etki alanlarındaki hücrelerde, IGFBP yapımını baskıladığı gösterilmiştir. Örneğin TSH tiroid hücresinde IGFBP-2’yi baskılar, FSH sertoli hücresinde IGFBP-3’ü ve IGFBP-5 üreten granüloza hücresini baskılar. Bunun aksine kemik hücresinde inhibitör etki gösteren 1.25(OH)2 D vitamini, IGFBP-4 yapımını uyarır. Bu örneklerle IGFBP’lerin baskılanması veya uyarılması ile hücre büyümesinin uyarıldığı düşünülebilir.
Bazı invitro sistemlerde görüldüğü gibi IGFBP’ler IGF’den bağımsız bir hücre inhibisyonuna sahiptir. Bu konu tam aydınlanmamakla birlikte IGFBP-3’ün hücre membranında özel reseptörlere bağlanabildiği gösterilmiştir. IGFBP-3 bu reseptörleri ile IGF’den bağımsız olarak büyümeyi baskılayıcı etki gösterebilmektedir (21).